气吸式梭形筛膜杂分离机理及装置研究

彭强吉，男，1983年12月生，山东临沂人，工学博士，工程师。2013年至今在山东省农业科学院农业机械科学研究院工作，主要从事残膜污染治理、特色林果产业机械化、棉花烟草机械化打顶等技术与装备研究。近年来先后主持省部级课题5项，参与国家或省部级项目12项;以第一或通讯作者发表论文22篇(EI收录9篇，SCI收录3篇);获得国家授权专利30项，其中4项专利实现成果转化200万元;获得省级科技奖励6项。

康建明，男，1984年7月出生于山西阳泉，工学博士，研究员。现任山东省农业科学院农业机械科学研究院副院长。长期从事农田残膜污染治理装备研发工作，主持国家自然科学基金项目2项，山东省重大专项、重点研发计划等项目3项。获省级以上奖励2项，以第一作者或通讯作者发表SCI/EI论文20余篇，第一位授权发明专利11件、实用新型专利20件，登记软件著作权5件。

序

前言

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1膜杂混合物振动筛分技术研究1.2.2膜杂混合物气力筛分技术研究1.2.3塑料垃圾分选技术研究

1.3研究内容和技术路线.

1.3.1研究内容

1.3.2技术路线.

1.4本章小结..

第2章膜杂分离物料的预处理与悬浮特性分析2.1机收膜杂混合物取样分析........

2.2膜杂分离物料的预处理・

2.2.1破碎装置结构与工作原理。

2.2.2破碎装置工作参数确定...

2.3膜杂混合物的悬浮特性分析

2.3.1残膜密度的测定.

2.3.2物料悬浮速度分析

2.3.3悬浮速度测定与结果分析2.4本章小结

第3章气吸式梭形筛膜杂分离装置的设计3.1气吸式梭形筛膜杂分离装置总体方案3.1.1膜杂混合物分离要求，

3.1.2膜杂混合物分离工艺流程

3.2梭形筛膜杂分离装置整机结构与工作原理

3.2.1梭形筛膜杂分离装置整机结构

3.2.2梭形筛膜杂分离装置工作原理3.3关键部件设计

3.3.1梭形筛体设计

3.3.2膜土分离体设计

3.3.3中间抛送圆环体设计

3.3.4膜秆分离体设计

3.3.5风力系统设计

3.4本章小结

第4章膜杂分离过程的理论分析

4.1膜土分离体筛面上物料颗粒的力学特性分析4.1.1物料颗粒的力学分析

4.1.2物料颗粒的运动分析

4.2中间抛送圆环体抛送过程力学特性分析4.3膜秆分离体区域动力学分析

4.3.1膜秆在气流场中沿水平方向的运动4.3.2物料在气流场中沿垂直方向的运动4.3.3棉秆落到筛面上的运动分析4.4本章小结

……

6.4.2最优参数试验验证

6.5本章小结

第7章结论与展望

7.1结论

7.2主要创新点

7.3展望

参考文献

附咐录符号说明

第1章绪论

1.1研究背景及意义

地膜覆盖栽培技术具有增温、保墒、抑制杂草、减轻作物病害等作用，可大大提高作物产量(程方平等，2023;蒋德莉等，2020)，在我国西北、华北等植棉区被广泛应用(胡广发等，2021)。地膜覆盖栽培技术在给农业生产带来巨大经济效益的同时，也给农田生态环境造成了严重的“白色污染”(图1-1)，大量残留地膜(简称残膜)留在土壤表面和耕层，阻隔水分和肥料的运移，恶化土壤耕层结构，影响种子发芽和作物根系生长(赵岩等，2017);土壤表面和耕层的残膜达到一定量时会损坏农机部件(胡灿等，2019)。机械化回收并循环利用残膜是现代农业绿色发展的方向，具有巨大的经济效益、广阔的应用前景(林涛等，2019)。

近年来，国家在政策和资金上加大了对残膜回收技术及装备的支持力度，国内科研院所及相关企业研制了弹齿式(康建明等，2018)、网链式(戴飞等，2018)、搂膜式(王科杰等，2017)、耙齿式(田多林等2020)、随动式(蒋德莉等，2019)、滚筒式(陈兴华等，2020)、集条式(牛琪等，2017)等农田残膜回收机械，残膜机械化回收已取得初步成效但在前期调研中发现，机械化回收后的残膜中含有大量棉秆、土壤等杂质且残膜与棉秆、土壤颗粒等缠绕、包裹，由于缺乏高效的残膜清选设备，回收后的机收残膜混合物只能被随意堆放、掩埋或者焚烧，仍然未从根本上解决残膜污染问题(梁荣庆等，2019;石鑫等，2022)。

中央1号文件多次明确提出发展生态循环农业，加强农膜污染治理，推进生态环境建设(何浩猛等，2021)。基于当前技术与国情，加厚耐候地膜和可降解地膜短时期内还难以在农业生产中大面积推广〈挑嵘等，2020)，今后相当长的时间内，残膜机械化回收仍将是解决农田残膜污染的主要手段。残膜的主要成分是聚乙烯，可用来加工塑料颗粒，我国每年进口废旧塑料200万t以上，均用来加工塑料颗粒(刘佳等，2021)，残膜资源化利用是必然选择。机收残膜混合物中杂质含量高是阻碍其资源化利用的主要难题，从机收残膜混合物中分离出干净的残膜成为资源化再利用的首要环节。因此，残膜筛分技术与装备是衔接残膜机械化回收与残膜再利用的关键。

残膜与棉秆、土壤的筛分属于农业物料的清选范畴，但与传统农业物料(水稻、玉米)的清选又不尽相同，残膜-土壤-棉秆混合物是一种复杂的农业物料团聚体，残膜具有易缠绕、易黏附等特性;棉秆长短粗细不一;土壤类型、含水率各不相同，三种物料相互粘连，形态各异，与传统筛分对象的机械物理特性和空气动力学特性有极大的差别，直接采用传统的风选(刘佳等，2021)、振动(闫典明等2022)、静电(许胜麟等，2021)等物料分离方法难以将残膜从混合物中分离出来。因此，膜杂混合物的物料特性、膜-秆-土分离机理是提升膜杂混合物分离质量的关键。

基于此，本书旨在通过理论分析、仿真模拟和试验研究相结合的方法，从膜杂混合物物料特性人手，研究残膜-土壤-棉秆之间相互作用关系，创制一种膜杂分离装置，明确膜杂分离机理，寻求影响残膜分离作业效果的关键因素，试验获取较优结构和工作参数，解决膜杂混合物分离不彻底的问题研究成果可打通残膜回收与再利用的中间瓶颈，加快推进残膜机械化回收与综合利用进程，健全综合治理“白色污染”产业链环节，促进农业绿色发展。

本书以机收膜杂混合物为研究对象, 基于破碎处理后膜杂混合物的物料特性, 提出气吸运移与梭形筛分相结合的分离方法, 创制了一种气吸式梭形筛膜杂分离装置, 研究了膜杂混合物分离过程中的力学特性, 确定了影响膜杂分离作业效果的关键因素 ; 通过试验获取最优参数组合, 为膜杂分离装备开发提供理论与技术支持。